JP2014099563A - 固体撮像装置の製造方法 - Google Patents

固体撮像装置の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】製造段階におけるマイクロレンズの損傷の防止に有利な技術を提供する。
【解決手段】固体撮像装置の製造方法は、第1面および第2面を有し光電変換部が配置された半導体層と、前記半導体層の前記第1面の側に配置されたパッド電極と、を含む構造体を準備する工程と、マイクロレンズを含む有機膜を前記半導体層の前記第2面の側であって前記構造体の上に形成する工程と、無機膜を前記有機膜の上に形成する工程と、第1開口を有するレジストパターンを前記無機膜の上に形成する工程と、前記レジストパターンの前記第1開口を通して前記無機膜に第2開口を形成する工程と、前記無機膜の前記第2開口を通して前記構造体を処理して、前記構造体に、前記パッド電極を露出させる第3開口を形成する工程と、前記レジストパターンを除去する工程とを含む。
【選択図】図9

Description

本発明は、固体撮像装置の製造方法に関する。
特許文献1に固体撮像装置の製造方法が開示されている。この製造方法では、マイクロレンズ21aおよび一次の開口部20aを有するマイクロレンズ部材21Aの上にレジストマスク25を形成し、ドライエッチングによって一次の開口部20a内のシリコン半導体層を除去し、2次の開口部20bを形成する。レジストマスク25は、その後に剥離・除去される。特許文献1には、マイクロレンズ部材21Aのレジストと、レジストマスク25のレジストは互いに材料が異なり、しかもマイクロレンズ部材21Aの表面が硬化されていることによりレジストマスク25の剥離を容易に行うことができると記載されている。(段落0036参照)
特開2009−277732号公報
しかしながら、特許文献1に記載された製造方法では、レジストマスク25を選択的に剥離可能なように、マイクロレンズ部材21Aのレジストとレジストマスク25のレジストとを互いに異なる材料で構成する必要がある。マイクロレンズ部材21Aのレジストとレジストマスク25のレジストとの間に十分な選択性がない場合は、レジストマスク25の除去により、マイクロレンズ部材21Aの表面が許容できない損傷を受けうる。これは、製造上の大きな制約条件になりうる。
本発明は、製造段階におけるマイクロレンズの損傷の防止に有利な技術を提供することを目的とする。
本発明の1つの側面は、固体撮像装置の製造方法に係り、前記製造方法は、第1面および第2面を有し光電変換部が配置された半導体層と、前記半導体層の前記第1面の側に配置されたパッド電極と、を含む構造体を準備する工程と、マイクロレンズを含む有機膜を前記半導体層の前記第2面の側であって前記構造体の上に形成する工程と、無機膜を前記有機膜の上に形成する工程と、第1開口を有するレジストパターンを前記無機膜の上に形成する工程と、前記レジストパターンの前記第1開口を通して前記無機膜に第2開口を形成する工程と、前記無機膜の前記第2開口を通して前記構造体を処理して、前記構造体に、前記パッド電極を露出させる第3開口を形成する工程と、前記レジストパターンを除去する工程とを含む。
本発明によれば、製造段階におけるマイクロレンズの損傷の防止に有利な技術が提供される。
本発明の1つの実施形態の固体撮像装置の概略構成を示す平面図。 本発明の1つの実施形態の固体撮像装置の製造方法を示す断面図(図1のA−A’断面)。 本発明の1つの実施形態の固体撮像装置の製造方法を示す断面図(図1のA−A’断面)。 本発明の1つの実施形態の固体撮像装置の製造方法を示す断面図(図1のA−A’断面)。 本発明の1つの実施形態の固体撮像装置の製造方法を示す断面図(図1のA−A’断面)。 本発明の1つの実施形態の固体撮像装置の製造方法を示す断面図(図1のA−A’断面)。 本発明の1つの実施形態の固体撮像装置の製造方法を示す断面図(図1のA−A’断面)。 本発明の1つの実施形態の固体撮像装置の製造方法を示す断面図(図1のA−A’断面)。 本発明の1つの実施形態の固体撮像装置の製造方法を示す断面図(図1のA−A’断面)。 本発明の1つの実施形態の固体撮像装置の製造方法を示す断面図(図1のA−A’断面)。 本発明の1つの実施形態の固体撮像装置の製造方法を示す断面図(図1のA−A’断面)。 本発明の1つの実施形態の固体撮像装置の製造方法を示す断面図(図1のA−A’断面)。 本発明の1つの実施形態の固体撮像装置の製造方法を示す断面図(図1のA−A’断面)。 本発明の1つの実施形態の固体撮像装置の製造方法を示す断面図(図1のA−A’断面)。 本発明の1つの実施形態の固体撮像装置の製造方法を示す断面図(図1のA−A’断面)。 本発明の1つの実施形態の固体撮像装置の製造方法を示す断面図(図1のA−A’断面)。 本発明の1つの実施形態の固体撮像装置の製造方法を示す断面図(図1のA−A’断面)。 本発明の1つの実施形態の固体撮像装置の製造方法を示す断面図(図1のA−A’断面)。 本発明の1つの実施形態の固体撮像装置の製造方法を示す断面図(図1のA−A’断面)。 本発明の1つの実施形態の固体撮像装置の製造方法を示す断面図(図1のA−A’断面)。 本発明の1つの実施形態の固体撮像装置の製造方法を示す断面図(図1のA−A’断面)。 本発明の1つの実施形態の固体撮像装置の製造方法を示す断面図(図1のA−A’断面)。 本発明の1つの実施形態の固体撮像装置の製造方法を示す断面図(図1のA−A’断面)。 本発明の1つの実施形態の固体撮像装置の製造方法を示す断面図(図1のA−A’断面)。 本発明の1つの実施形態の固体撮像装置の製造方法を示す断面図(図1のA−A’断面)。 本発明の1つの実施形態の固体撮像装置の製造方法を示す断面図(図1のA−A’断面)。 本発明の1つの実施形態の固体撮像装置の製造方法を示す断面図(図1のA−A’断面)。 本発明の1つの実施形態の固体撮像装置の製造方法を示す断面図(図1のA−A’断面)。
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
まず、図1および図9を参照しながら本発明の1つの実施形態の固体撮像装置ISの構成を説明する。固体撮像装置ISは、撮像領域110とパッド領域120とを有する。撮像領域110は、画素が二次元状に配列された領域である。各画素は、光電変換部231、カラーフィルタ310およびマイクロレンズ290などを含みうる。光電変換部231は、第1面F1および第2面F2を有する半導体層230の中に配置されている。半導体層230の第1面の側(第1面F1の側)には、配線パターン222および層間絶縁膜221を含む配線構造220が配置されている。ここで、配線パターン222には、パッド領域120に配置されたパッド電極223が含まれる。
半導体層230の第2面の側(第2面F2の側)には、反射防止膜を構成する第1絶縁層240および第2絶縁層250が配置されうる。第1絶縁層240は、例えば、シリコン酸化膜でありうる。第2絶縁層250は、例えば、シリコン窒化膜でありうる。この例では、反射防止膜が第1絶縁層240および第2絶縁層250で構成されているが、反射防止膜は、単一層で構成されてもよいし、3層以上の層で構成されてもよい。半導体層230、配線構造220、第1絶縁層240および第2絶縁層250を含む構造体STは、半導体層230の第1面F1の側に配置された支持基板210によって支持されうる。
第2絶縁層250の上には、カラーフィルタ310が配置され、カラーフィルタ310の上には、マイクロレンズ290を含む有機膜(マイクロレンズ層)270が配置されている。有機膜270は、無機膜280によって覆われている。構造体STとカラーフィルタ310との間には、平坦化膜260が配置されうる。パッド電極223には、第3開口OP3を通して不図示のボンディングワイヤーが接続されうる。第3開口OP3の深さbと幅aとの比(b/a)は、0.03以上でありうる。
固体撮像装置ISは、半導体層230の第2面F2の側に配置されたマイクロレンズ290を通して半導体層230内の光電変換部231に光が入射する。配線構造220は、半導体層230の第1面F1の側に配置されている。このような固体撮像装置ISは、裏面照射型と呼ばれうる。
以下、図2〜図9を順に参照しながら本発明に係る固体撮像装置の製造方法の第1実施形態を説明する。まず、図2に示す工程では、第1面F1および第2面F2を有する半導体層230を含み、半導体層230の中に光電変換部231が配置され、半導体層230の第1面F1の側にパッド電極223が配置された構造体STを準備する。光電変換部231は、撮像領域110に配置され、パッド電極223は、パッド領域120に配置されている。パッド電極223は、典型的には、配線構造220の一部である。構造体STは、支持基板210によって支持されうる。構造体STは、例えば、第1絶縁層240および第2絶縁層250で構成された反射防止膜を第2面F2の側に有しうる。
次いで、図3に示されるように、構造体STの上に平坦化膜260が形成され、更に、平坦化膜260の上にカラーフィルタ310が形成されうる。
次いで、図3および図4に示す工程では、マイクロレンズ290を含む有機膜270を半導体層230の第2面F2の側であって構造体STの上に形成する。ここで、マイクロレンズ290は、パッド領域120にも形成されてもよいが、マイクロレンズ290は、典型的には、パッド領域120には形成されない。マイクロレンズ290は、例えば、カラーフィルタ310を覆うように有機膜275を形成し、有機膜275の上に有機物等によってレンズ形状部320を形成し、その後、レンズ形状部320とともに有機膜275をエッチングすることによって形成されうる。このエッチングによって、レンズ形状部320の凸面にならった凸面を有するマイクロレンズ290が形成される。
次いで、図5に示す工程では、マイクロレンズ290を含む有機膜270の上に無機膜280を形成する。無機膜280は、反射防止膜として機能するように形成されうる。無機膜280は、単一の膜(例えば、シリコン酸化膜またはシリコン窒化膜)で構成されてもよいし、複数の膜を含む積層構造(例えば、シリコン酸化膜およびシリコン窒化膜を含む積層構造)を有しうる。
次いで、図6に示す工程では、パッド電極223の上に第1開口OP1を有するレジストパターンRPを無機膜280の上に形成する。レジストパターンRPは、レジスト膜の形成工程、露光工程および現像工程を含むフォトリソグラフィー工程によって形成されうる。ここで、有機膜270が無機膜280によって覆われていることにより、現像工程において有機膜270が損傷を受けることを防止することができる。
次いで、図7に示す工程では、レジストパターンRPの第1開口OP1を通して無機膜280に第2開口OP2を形成する。第2開口OP2は、第1開口OP1を通して無機膜280をエッチングすることによって形成されうる。無機膜280のエッチングは、例えば、CF系ガス、または、CF系ガスとO系ガスとの混合ガスをエッチングガスとして用いてなされうる。
次いで、図8に示す工程では、無機膜280の第2開口OP2を通して平坦化膜260および構造体STを処理して、構造体STに、パッド電極223を露出させる第3開口OP3を形成する。第3開口OP3は、第2開口OP2を通して平坦化膜260および構造体ST(の第2絶縁層250、第1絶縁層240、半導体層230、層間絶縁膜221)をドライエッチングすることによって形成されうる。
次いで、図9に示す工程では、レジストパターンRPを除去する。レジストパターンRPは、アッシングによって除去されうる。以上のようにして、固体撮像装置を得ることができる。ここで、有機膜270が無機膜280で覆われていることによって、レジストパターンRPの除去の際に無機膜280の表面が損傷を受けることが防止される。特に、無機膜280を設けることによって、レジストパターンRPと有機膜270が同種の材料で形成される場合においても、レジストパターンRPの除去時に有機膜270が損傷を受けることを防止することができる。
次いで、以下、図2〜図4、図10〜図14を順に参照しながら本発明に係る固体撮像装置の製造方法の第2実施形態を説明する。まず、第1実施形態と同様の方法で、図2〜図4に示す工程において、構造体STを準備し、マイクロレンズ290を含む有機膜270を半導体層230の第2面F2の側であって構造体STの上に形成する。
次いで、図10に示す工程では、マイクロレンズ290を含む有機膜270の上に無機膜280を形成する。第2実施形態では、無機膜280がエッチングマスクとして使用されるので、エッチングマスクとして使用されることによる膜厚の減少分を考慮した厚さを有する無機膜280が形成される。具体的には、最終的に残る無機膜280の厚さt1、膜厚の減少分をΔtとすると、図10に示す工程では、t1+Δtの厚さを有する無機膜280が形成される。t1は、最終的に残る無機膜280が反射防止膜として機能するように決定されうる。
次いで、図11に示す工程では、パッド電極223の上に第1開口OP1を有するレジストパターンRPを無機膜280の上に形成する。レジストパターンRPは、レジスト膜の形成工程、露光工程および現像工程を含むフォトリソグラフィー工程によって形成されうる。ここで、有機膜270が無機膜280によって覆われていることにより、現像工程において有機膜270が損傷を受けることを防止することができる。
次いで、図12に示す工程では、レジストパターンRPの第1開口OP1を通して無機膜280に第2開口OP2を形成する。第2開口OP2は、第1開口OP1を通して無機膜280をエッチングすることによって形成されうる。無機膜280のエッチングは、例えば、CF系ガス、または、CF系ガスとO系ガスとの混合ガスをエッチングガスとして用いてなされうる。図12に示す工程では、更に、第2開口OP2を通して平坦化膜260および構造体STをエッチングして、平坦化膜260および構造体STに開口を形成しうる。このエッチングは、半導体層230が露出するまで実施されうる。
次いで、図13に示す工程では、レジスト膜RPを除去する。レジストパターンRPは、アッシングによって除去されうる。ここで、有機膜270が無機膜280で覆われていることによって、レジストパターンRPの除去の際に無機膜280の表面が損傷を受けることが防止される。特に、無機膜280を設けることによって、レジストパターンRPと有機膜270が同種の材料で形成される場合においても、レジストパターンRPの除去時に有機膜270が損傷を受けることを防止することができる。
次いで、図14に示す工程では、無機膜280をエッチングマスクとして使用し、無機膜280の第2開口OP2を通して平坦化膜260および構造体STをエッチングして、構造体STに、パッド電極223を露出させる第3開口OP3を形成する。このエッチングにおいて、無機膜280の厚さが薄くなる。以上のようにして、第1実施形態と同様の構成の固体撮像装置を得ることができる。
次いで、以下、図2、図15〜図23、図9を順に参照しながら本発明に係る固体撮像装置の製造方法の第3実施形態を説明する。まず、第1実施形態と同様の方法で、図2に示す工程において、構造体STを準備する。
次いで、図15および図16に示す工程では、構造体STの上に、開口OP4を有するレジストパターンRP2を形成し、パッド電極223が露出するまで、開口OP4を通して構造体STをエッチングする。これにより開口OPを有する層(層間絶縁膜221、半導体層230、第1絶縁層240、第2絶縁層250)が形成される。
次いで、図17に示す工程では、開口OPに有機物(例えば、ノボラック系樹脂、スチレン系樹脂またはアクリル系樹脂)400を充填する。これにより、開口OPに有機物400が充填された構造体ST’が形成される。
次いで、図18に示されるように、構造体STの上に平坦化膜260が形成され、更に、平坦化膜268の上にカラーフィルタ310が形成されうる。
次いで、図18および図19に示す工程では、マイクロレンズ290を含む有機膜270を半導体層230の第2面F2の側であって構造体ST’の上に形成する。ここで、マイクロレンズ290は、パッド領域120にも形成されてもよいが、マイクロレンズ290は、典型的には、パッド領域120には形成されない。マイクロレンズ290は、例えば、カラーフィルタ310を覆うように有機膜275を形成し、有機膜275の上に有機物等によってレンズ形状部320を形成し、その後、レンズ形状部320とともに有機膜275をエッチングすることによって形成されうる。このエッチングによって、レンズ形状部320の凸面にならった凸面を有するマイクロレンズ290が形成される。
次いで、図20に示す工程では、マイクロレンズ290を含む有機膜270の上に無機膜280を形成する。無機膜280は、反射防止膜として機能するように形成されうる。無機膜280は、単一の膜(例えば、シリコン酸化膜またはシリコン窒化膜)で構成されてもよいし、複数の膜を含む積層構造(例えば、シリコン酸化膜およびシリコン窒化膜を含む積層構造)を有しうる。
次いで、図21に示す工程では、パッド電極223の上に第1開口OP1を有するレジストパターンRPを無機膜280の上に形成する。レジストパターンRPは、レジスト膜の形成工程、露光工程および現像工程を含むフォトリソグラフィー工程によって形成されうる。ここで、有機膜270が無機膜280によって覆われていることにより、現像工程において有機膜270が損傷を受けることを防止することができる。
次いで、図22に示す工程では、レジストパターンRPの第1開口OP1を通して無機膜280に第2開口OP2を形成する。第2開口OP2は、第1開口OP1を通して無機膜280をエッチングすることによって形成されうる。無機膜280のエッチングは、例えば、CF系ガス、または、CF系ガスとO系ガスとの混合ガスをエッチングガスとして用いてなされうる。
次いで、図23に示す工程では、無機膜280の第2開口OP2を通して構造体ST’を処理して、構造体ST’に、パッド電極223を露出させる第3開口OP3を形成する。具体的には、図23に示す工程では、無機膜280の第2開口OP2を通して平坦化膜268および有機物400を除去する。ここで、有機物400の除去は、例えば、O系ガスをエッチングガスとして用いたエッチングによってなされうる。
次いで、図9に示す工程を実施し、レジストパターンRPを除去する。レジストパターンRPは、アッシングによって除去されうる。以上のようにして、第1実施形態と同様の構成の固体撮像装置を得ることができる。ここで、有機膜270が無機膜280で覆われていることによって、レジストパターンRPの除去の際に無機膜280の表面が損傷を受けることが防止される。特に、無機膜280を設けることによって、レジストパターンRPと有機膜270が同種の材料で形成される場合においても、レジストパターンRPの除去時に有機膜270が損傷を受けることを防止することができる。
次いで、以下、図2、図15〜図19、図24〜図28、図9を順に参照しながら本発明に係る固体撮像装置の製造方法の第4実施形態を説明する。まず、第3実施形態と同様の方法で、図2、図15〜図19に示す工程において、構造体ST’を準備する。
次いで、図24に示す工程では、マイクロレンズ290を含む有機膜270の上に無機膜280を形成する。無機膜280は、反射防止膜として機能するように形成されうる。無機膜280は、単一の膜(例えば、シリコン酸化膜またはシリコン窒化膜)で構成されてもよいし、複数の膜を含む積層構造(例えば、シリコン酸化膜およびシリコン窒化膜を含む積層構造)を有しうる。第4実施形態では、無機膜280がエッチングマスクとして使用されるので、エッチングマスクとして使用されることによる膜厚の減少分を考慮した厚さを有する無機膜280が形成される。具体的には、最終的に残る無機膜280の厚さt1、膜厚の減少分をΔtとすると、図24に示す工程では、t1+Δtの厚さを有する無機膜280が形成される。t1は、最終的に残る無機膜280が反射防止膜として機能するように決定されうる。
次いで、図25に示す工程では、パッド電極223の上に第1開口OP1を有するレジストパターンRPを無機膜280の上に形成する。レジストパターンRPは、レジスト膜の形成工程、露光工程および現像工程を含むフォトリソグラフィー工程によって形成されうる。ここで、有機膜270が無機膜280によって覆われていることにより、現像工程において有機膜270が損傷を受けることを防止することができる。
次いで、図26に示す工程では、レジストパターンRPの第1開口OP1を通して無機膜280に第2開口OP2を形成する。第2開口OP2は、第1開口OP1を通して無機膜280をドライエッチングすることによって形成されうる。無機膜280のエッチングは、例えば、CF系ガス、または、CF系ガスとO系ガスとの混合ガスをエッチングガスとして用いてなされうる。
次いで、図27に示す工程では、レジスト膜RPを除去する。レジストパターンRPは、アッシングによって除去されうる。ここで、有機膜270が無機膜280で覆われていることによって、レジストパターンRPの除去の際に無機膜280の表面が損傷を受けることが防止される。特に、無機膜280を設けることによって、レジストパターンRPと有機膜270が同種の材料で形成される場合においても、レジストパターンRPの除去時に有機膜270が損傷を受けることを防止することができる。
次いで、図28に示す工程では、無機膜280をエッチングマスクとして使用し、無機膜280の第2開口OP2を通して構造体ST’を処理して、構造体ST’に、パッド電極223を露出させる第3開口OP3を形成する。具体的には、図28に示す工程では、無機膜280の第2開口OP2を通して平坦化膜260および有機物400を除去する。このエッチングにおいて、無機膜280の厚さが薄くなる。有機物400のエッチングによる除去は、例えば、O系ガスをエッチングガスとして用いてなされうる。以上のようにして、第1実施形態と同様の構成の固体撮像装置を得ることができる。

Claims (11)

  1. 固体撮像装置の製造方法であって、
    第1面および第2面を有し光電変換部が配置された半導体層と、前記半導体層の前記第1面の側に配置されたパッド電極と、を含む構造体を準備する工程と、
    マイクロレンズを含む有機膜を前記半導体層の前記第2面の側であって前記構造体の上に形成する工程と、
    無機膜を前記有機膜の上に形成する工程と、
    第1開口を有するレジストパターンを前記無機膜の上に形成する工程と、
    前記レジストパターンの前記第1開口を通して前記無機膜に第2開口を形成する工程と、
    前記無機膜の前記第2開口を通して前記構造体を処理して、前記構造体に、前記パッド電極を露出させる第3開口を形成する工程と、
    前記レジストパターンを除去する工程と、
    を含むことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
  2. 前記第3開口を形成する工程では、前記無機膜の前記第2開口を通して前記構造体をエッチングすることによって前記第3開口を形成する、
    ことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置の製造方法。
  3. 前記レジストパターンを除去する工程は、前記第3開口を形成する工程の後に実施される、
    ことを特徴とする請求項2に記載の固体撮像装置の製造方法。
  4. 前記レジストパターンを除去する工程は、前記第2開口を形成する工程の後であって前記第3開口を形成する工程の前に実施される、
    ことを特徴とする請求項2に記載の固体撮像装置の製造方法。
  5. 前記構造体を準備する工程では、前記構造体として、開口を有する層と、前記開口に充填された有機物とを含む構造体を準備し、
    前記第3開口を形成する工程は、前記無機膜の前記第2開口を通して前記有機物を除去する工程を含み、
    前記開口の中の前記有機物が除去されることによって前記第3開口が形成される、
    ことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置の製造方法。
  6. 前記レジストパターンを除去する工程は、前記第3開口を形成する工程の後に実施される、
    ことを特徴とする請求項5に記載の固体撮像装置の製造方法。
  7. 前記レジストパターンを除去する工程は、前記第2開口を形成する工程の後であって前記第3開口を形成する工程の前に実施される、
    ことを特徴とする請求項5に記載の固体撮像装置の製造方法。
  8. 前記無機膜は、反射防止膜として機能するように形成される、
    ことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の固体撮像装置の製造方法。
  9. 前記無機膜は、複数の膜を含む積層構造を有する、
    ことを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の固体撮像装置の製造方法。
  10. 前記第3開口の深さと幅との比が0.03以上である、
    ことを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の固体撮像装置の製造方法。
  11. 前記構造体を準備する工程と前記有機膜を形成する工程との間に、カラーフィルタを形成する工程を含む、
    ことを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項に記載の固体撮像装置の製造方法。
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